轮机自动化复习题答案

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业轮机自动化复习题1.画出反馈控制系统传递方框图，并简要说明测量值大于给定值时的调节过程。图中r表示给定值， Z表示反馈值， e为偏差，测量值大于给定值，即：rz(ez(e0)为正偏差，此偏差驱动调节器输出一个可以减小偏差的控制量给执行机构，执行机构根据调节器改变控制对象，从而清除由于外部扰动引起的偏差保持整个系统特质平衡。3.根据反馈控制系统传递方框图说明：环节输入、输出之间的关系，控制对象环节的两个输入的含义。环节输出量的变化反取决于输入量的变化及该环节的特性，输出量

2、的变化不会影响输入量。控制对象环节的输入量有两科，一种是由执行机构动作所引起的进出系统物质或者能量的变化，这类输入通常被称为基本扰动；另一种是由于外界不可测理，无法控制的因素所引起的被控对象输出变的因素，被称为外部扰动，基本扰动和外部扰动共同作用被控对象使系统被控量偏差给定值。4.评定反馈控制系统的品质指标有哪些？分析衰减率对系统稳定性的影响。 = 1 * GB3 指标包括最大动态偏差emax ，衰减率、过渡过程时间tS、振荡次数N及静态偏差等（给定值控制系统） = 2 * GB3 tS、N、p、tr、tp（随动控制系统）。 是衡量系统稳定性指标，要求0.750.9。当0.75时，A是B的4倍

3、，衰减比为41。小于0.75则系统动态过程的振荡倾向增加，降低了系统稳定性，过渡过程时间也因振荡而加长。当0时，动态过程是等幅振荡，系统变成不稳定系统。过大过渡过程时间ts随之变大，当1时，其动态过程没有振荡，成为非周期过程。5.评定随动控制系统的性能指标有哪些？过渡控制时间tS，振荡次数N，静态偏差，超调量p，上升时间tr，峰值时间tp6. 简要分析容量系数反映了控制对象的什么特性？容积系数C越大，被控量h的变化越慢，即单容控制对象的惯性越大，反之C越小，在相同扰动下被控量变化越快，单容控制对象惯性也就越小，因此容积系数C可以看作标志单容控制对象惯性大小的参数。7. 分别说明容量系数、放大系

4、数、纯迟延反映了控制对象的哪些特性。容量系数是标志单容控制对象慢性大小的参数。放大系数K是反映控制对象扰动的敏感程度的。纯迟延对系统控制很不利，对控制系统的动态过程品质具有重要影响，它的存在降低了系统的稳定性，是无法消除的，可以通过控制算法或者系统设计尽量减小纯迟纯迟延对控制作用的影响。8.简要说明时间常数的物理意义，画图说明确定单容控制对象时间常数的方法。其物理意义可以理解为：当控制对象受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。它在一定程度上表示了被控量达到新稳态值的快慢。理论上这个过渡过程时间无限大，实际上过渡过程时间接近34T0时过渡即可认为

5、过渡过程接近稳态。求时间常数T有两种方法。其一可以在过渡过程曲线上任意取一点O，作切线与稳态值交点B，则B点与O点之间的时间差即为时间常数T0。另一种求时间常数的方法设tT，此时被控量h(t)的变化量可以由下式求出： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTChap c * Arabic * MERGEFORMAT 0. SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 1)上式可以理解为：控制对象受到阶跃扰动后，被控量变化到新稳态值的63.2时所用的时间等于时间常数T。根

6、据上述公式可以得到，t2T时，h（2T）0.86 K；t3T时，h（3T）0.95 K；t=4T时，h（4T）0.982 K。可以看出h（3T）与h（4T）时刻被控量的变化量已经非常小，因此当t=4T时就可以认为被控量的变化过程基本结束。图中给出了两个具有不同时间常数的单容控制对象阶跃扰动飞升曲线，其中曲线1的时间常数为T1，曲线2的时间常数为T2，T2T1，即曲线2所代表的控制对象具有较大的惯性特性，达到平衡的时间相对较长。9. 在双位控制系统中，用YT1226压力继电器检测压力信号，若压力下限调在0.45MPa，幅差旋钮调在7格上，则压力上限值是（幅差范围0.070.25MPa）多少？下限

7、值Px 上限值Pz 幅差P Pz=P+PxPz=0.45+=0.646 MPa0.65 MPa10. 在使用YT1226压力开关检测压力信号时，若压力下限值调定为0.49MPa，要求上限值为0.68MPa，已知幅差调整范围是0.070.25MPa，则幅差调整旋钮应设定的格数是多少？ Pz=P+Px P= Pz-Px=0.68-0.49=0.19设格数为xP=0.07+11.写出比例带的数学表达式，并简要说明比例带PB=50%的物理意义。若PB50%，说明被控量变化全量程的一半，调节器就能使调节阀开度变化全行程。12. 写出比例带的数学表达式，并简要说明比例带PB=100%的物理意义。若PB10

8、0，说明被控量变化全量程的100，即变化全量程，调节器使调节阀开度变化全行程13.写出比例、积分、微分的数学表达式，并简要说明比例带、积分时间、微分时间对其作用的影响。 比例积分数学表达式积分时间越小，积分输出达到比例输出的时间越短，积分作用越强，反之亦然，对于纯比例作用的调节器，若想加入积分作用，需要将比例带PB调整到比纯比例时大一些，以抵制由于积分作用而使系统动态过程振荡倾向的增加。 比例微分数学表达式微分时间大，则微分作用消失慢，微分作用保留时间长，即：微分作用强，若小，微分作用弱，可见的大小是衡量微分作用强弱的重要系数，比例微分调节器加进微分作用后，比例带PB可选择比纯比例控制时小一些

9、，这样不会影响到系统的稳定性，同时较强的比例作用可以减小系统的静态偏差。14.画出PID调节器输出特性曲线，并分析其输出特性曲线的特征。图表示出了比例积分微分作用规律的输出特性。对比例积分微分调节器施加一个阶跃偏差输入，调节器立即输出一个较大的输出信号，这个信号是比例作用输出和微分作用输出的叠加。随着时间的增加，微分作用输出逐渐减弱，而积分作用输出却随着时间的累计而不断增强，但是总体上微分作用的减弱仍然大于积分作用的增强，因此总体上调节器的输出是不断减小的。当微分作用输出与积分作用输出相等时，调节器输出不再减小，并且随着时间的增加积分作用输出的增加幅度超过了微分作用减小的幅度，因此调节器叠加输

10、出开始增长。在比例积分微分调节器输出不断变化过程中，执行机构不断的改变系统输入以减小被控量偏差e，使系统能够最终稳定在给定值上。实验一 气动差压变送器的调整和性能实验一、实验内容、要求正确接通差压变送器的气源及输入和输出信号，对差压变送器进行调零、调量程及进行正、负迁移操作。要求学生进一步掌握单杠杆差压变送器的结构和工作原理，熟练掌握调零、调量程及进行迁移的基本操作技术，绘出变送器输出随输入而变化的曲线，分析其线性度。二、实验的目的、意义变送器是反馈控制系统的测量单元，随工作时间的增长，其性能会有所下降。因此，在实际管理中要经常进行调整以保证控制系统的正确运行。通过该实验，学生能掌握变送器的调

11、零、调量程及进行迁移的基本操作。这对他们将来管好用好反馈控制系统使之始终处于良好工作状态都具有十分重要的意义。三、实验仪器、设备本实验在气动实验台上进行，所需的其他设备和工具有：（1）QBC-41B型气动单杠杆差压变送器一台；（2）快速连接气管若干，螺钉调节工具一个。四、实验前的准备工作（1）按图1所示线路接通差压变送器气源，并调整减压阀使气源压力稳定在0.14MPa上（观察气源压力表）。 4 4 1476523891011121-减压阀；2-气源压力表；3-差压变送器；4-气动功率放大器；5-输出压力表； 6-正压室压力表；7-负压室压力表；8、9、10-气动接头；11、12-压力定值器图1

12、差压变送器实验气路连接图五、实验步骤1调零实验接通0.14MPa气源，调整定值器11和12使负压室压力等于正压室压力即P为零。观察输出压力表读数是否是002MPa。如果不是，可扭动调零弹簧，直到输出压力表5指针指在0.02MPa为止，零点调好。2调量程实验零点调好后，调整定值器11使正压室压力不断增加，观察正压室压力表6读数是否是0.06Mpa，如果不是，调压力表6指针等于0.06MPa。松开反馈波纹管锁紧螺母，沿主杠杆上下移动反馈波纹管。输出压力表5读数小于0.1MPa要上移波纹管，大于0.1MPa 要下移波纹管。直至输出压力表5读数指示0.1MPa为止。3重新调零和调量程移动反馈波纹管后，

13、零点会改变，要反复进行调零和调量程，直到两者都符合要求为止。量程调好后，要把反馈波纹管的锁紧螺母锁紧。4变送器线性度实验变送器零点和量程调好后，调整定值器11和12使负压室压力等于正压室压力，其变送器输出为0.02Mpa。然后调整定值器11 使正压室压力每增加0.01MPa记录一次输出压力值，直到正压室压力增至0.06MPa，输出压力达0.1MPa为止。5负迁移实验调整定值器11和12使正压室压力为零，负压室压力为0.07MPa，这时输出压力表读数接近为零。然后扭动迁移弹簧直到输出压力表读数为0.02MPa，再调定值器12使负压室压力每减0.01MPa记录一次输出压力，直至负压室压力为0.01

14、MPa为止。6正迁移实验调整负压室压力为零，正压室压力为0.05MPa，扭动迁移弹簧使输出压力为0.02MPa。然后逐渐增大正压室压力，每增加0.01MPa记录一次输出压力值，直到正压室压力为0.12MPa，输出压力为0.1MPa为止。六、注意事项（1）在进行差压变送器实验时，要先接通气源然后再接通正、负压室的信号。实验结束时要先切除正、负压室的输入信号，然后再切除气源。（2）在调量程时，上、下移动反馈波纹管每次移动量不要太大，动作尽量平缓，移动后要把锁紧螺母扭紧。（3）保持气源压力为0.14MPa。接通气源后，要打开过滤减压阀的排污阀，放掉积水和脏物，排污后把阀关紧。七、结果整理与分析 把实

15、验测得的数据列在表-1中。八、实验报告 （1）根据表-1所填的数据，在一张坐标图中画出正常、负迁移和正迁移情况下输出随输入变化的曲线。 （2）根据所画的三条输出特性曲线，试比较在未迁移时P=0.02MPa，负迁移时P=-0.04MPa，及正迁移时P=0.08MPa时的输出值，并计算出与未迁移相比较的绝对误差。 （3）若欲使P=0.02MPa，P出=0.02MPa、P=0.08MPa；P出=0.10MPa、你应如何调整？差压变送器实验数据（单位MPa） 表-1 正 常P00.010.020.030.040.050.06P出负迁移P-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010P出

16、正迁移P0.060.070.080.090.100.110.12P出实验二 电动差压变送器实验一、实验内容、要求实验内容为用电动差压变送器测量气动压差信号，整定变送器的零点和量程。要求能够进行正确的电路连接，调整变送器的零点和量程，使得当输入压差在规定的范围内全程变化时，变送器的输出能在420mA范围内变化。二、实验的目的、意义差压变送器是反馈控制系统的测量单元，电动差压变送器越来越多地应用于船舶机舱，特别是用于测量锅炉水位。掌握电动差压变送器的调校方法对控制系统的维护管理，保持控制系统的正常运行具有重要的实际意义。三、实验仪器、设备本实验在仪表实验台上进行，所需的其他设备和工具如下：（1）1

17、151DP型差压变送器一台，量程为031.1186.8kPa；（2）快速连接气管、连接导线若干和螺钉调整工具。四、实验步骤1气路连接图-1 电动差压变送器实验气路连接差压变送器的测量信号由实验台上的两个气压定值器提供，定值器设定的压力分别由相应的精密压力表和快速接头进行指示和输出。在进行气路连接时，应先使两个压力表的调定压力相等，即压差为零，然后再通过快速连接气管将高压端接至变送器的正压室（H），低压端接至负压室（L）,如图-1所示。图-1 电动差压变送器实验气路连接至于哪个输出用作高压端，哪个用作低压端，可由学员自行定义。另外，本实验无需使用阶跃开关，因此实验过程中要把两个阶跃开关保持在气路

18、接通的状态。图-2 电动差压变送器电源与负载的关系2电路连接图-2 电动差压变送器电源与负载的关系实验中使用的电动差压变送器，其工作电源为直流电，输出信号为420mADC。在实际使用中，变送器的输出往往带有负载，随着输出负载的不同，变送器的电源电压范围为1245VDC，电源电压与负载的关系如图-2所示。本实验中，电源采用实验台上的数显仪表提供的24VDC馈电输出，因此最大可以驱动500的负载。但为简单起见，实验中可以不需要负载电阻，直接在输出回路中串接毫安表，用以测量输出电流的大小。图-3 电动差压变送器实验电路连接打开变送器电气壳体的端盖，可以发现上、下两排接线端子，上排标有“Signal”

19、字样，下排标有“Test”字样。接线时，应将电源正极接至“Signal”的“+”端，“Signal”的“”端接至毫安表的“+”端，毫安表的“”端接到电源负极，构成封闭回路。接线图如图-3所示。图-3 电动差压变送器实验电路连接“Test”端子是当变送器在工业现场使用时用于输出测试的，可以接内阻小于8的电流表，也可不接。本实验中，若将“Signal”的“”端接电源负极，而将毫安表接至“Test”端子，也可以得到同样的实验效果。图-4 零点和量程调整螺钉图-4 零点和量程调整螺钉在变送器的转换电路中设有两个电位器分别用于调整零点和量程，它们位于电气壳体的铭牌后面，移开铭牌即可调整。调零电位器旁标有

20、“”，量程电位器旁标有“”，如图-4所示。当输入信号不变时，顺时针转动两个电位器，均使变送器的输出电流增大，逆时针转动则使输出减少。设量程范围为，则零点和量程的调整方法的步骤如下：1）调整定值器，并观察两个压力表，使（下限值），调整调零电位器，直到变送器输出为4；在操作中，设定压差时，也可以让负压室放大气，调节正压室压力即可。2）使，调整量程电位器，直到变送器输出为20mA；3）重复步骤1）和2），直到测量范围与420标准输出相对应。4）线性、阻尼调整除零点和量程调整外，放大器板的焊接面还有一个线性调整电位器和阻尼调整电位器。线性调整电位器已在出厂调到了最佳状态，一般不在现场调整。阻尼调整电位

21、器用来抑制由被测压力的高频变化而引起的输出快速波动。其时间常数在0.2s（正常值）和1.67 s之间，出厂时，阻尼器调整到逆时针极限的位置上，时间常数为0.2s。最好选择最短的时间常数，时间常数调节不影响变送器的零点和量程，可在现场进行阻尼调整。实验三 气动PID调节器的作用规律实验一、实验内容 接通PID调节器气源，接通输入和输出，输入一个阶跃的气压信号，观察调节器输出的变化规律。要求通过实验掌握调节器的结构和工作原理，控制点的调整方法，在开环实验中求PB、Ti和Td及改变这些参数的操作方法。二、实验的目的 调节器是反馈控制系统的重要组成单元。在控制系统组成后，只能通过整定调节器参数，如PB

22、、Ti和Td，来改善系统动态过程品质。实验目的在于观察各种调节规律的开环阶跃响应特性，加深对PB、Ti和Td物理意义的理解，以及改变这些参数对调节器输出特性的影响。三、实验仪器、设备本实验在气动实验台上进行，所需的其他设备和工具有：图-1调节器作用规律实验气路连接图1QTM-23J型PID调节器一台；图-1调节器作用规律实验气路连接图2快速连接塑料管若干。四、实验前的准备工作 1熟悉气动仪表实验台和QTM-23J型PID调节器的功能、结构和操作方法；2准备好充足的压缩空气气源，检查实验台气源压力，如果不是0.14MPa，则需要进行调整。3按图-1所示方法进行气路连接；将“阶跃开关1”和“阶跃开

23、关2五、实验步骤1.调整控制点当控制系统处在额度负荷且处于平衡态时，控制系统的测量值和给定值相等，此时调节器的输入偏差为0，但调节器的输出并不为0，而是处在一个中间状态，即0.06MPa。这样，不论测量值增加还是减少，调节器都有足够的调节空间，使被控量回到给定值。调节器的这一状态称为控制点。在本实验中，为了能够在给调解器输入正偏差和负偏差时均有足够的输出变化空间，所有实验内容都应在输入偏差为零，但调节器具有一定输出的基础上进行。因此，首要任务就是设置调节器的控制点。在开环且零偏差输入状态下使调节器的输出稳定在希望的位置，需要用到调节器的积分作用原理，即只要有偏差存在且具有积分作用，调节器的输出

24、变化就会不断增大。方法如下：1）切除微分作用，即将微分时间调整旋钮调至最小位置；2）比例带设置适当，建议将比例带旋钮置于100%位置；3）给调节器施加一定的偏差输入值，例如，；4）打开积分作用，即使积分时间调整旋钮离开位置。此时，调节器在偏差和积分作用下，其输出将朝增大的方向逐渐变化。变化的速度取决于偏差大小和积分作用的强弱，为了快速达到希望的位置，可将积分时间调至最短。5）当调节器输出快达到希望的位置时，逐渐减少偏差，输出变化速度减缓，直至输出指针稳定在希望的位置，例如0.06MPa。一旦超过了希望位置，则适当施以反向偏差，使输出减小。6）最后切除积分作用，即将积分时间调整旋钮打至位置。注：

25、在第5）操作过程中，很可能出现当调节器输出不再变化时，给定值压力表和测量值压力表读数不一致的情况。这是由于仪表制造工艺或者微弱漏气造成的，在实验过程中，可以将此时的状态视为零偏差。建议记录此时的压力表读数，以备后用。2比例（P）作用规律实验1）通过调整控制点的方法，将调节器的初始输出状态设置为0.06 MPa，切除积分和微分作用。2）设定PB=100，调整测量值信号，使之阶跃增加0.01 MPa，观察和记录输出压力的变化，计算实际PB值；如果实际PB值不等于100，调整PB旋钮，使输出变化量等于理论计算值，此时的旋钮位置即为100位置。为达到阶跃效果，在调整测量值之前，可先关闭阶跃开关，等设定

26、好了之后，再打开。3）分别设定PB=50和PB=300，重复上述过程。设定PB偏差P输出变化P出实际PB100503003比例积分（PI）作用规律实验1）通过调整控制点的方法，将调节器的初始输出状态设置为0.02 MPa，切除积分和微分作用。再将调节器的实际比例带调整为100。这里，之所以将初始输出设为较低值（0.02 MPa）是考虑到观察积分过程需要有较大的输出变化空间。在后面的PD和PID规律实验中也作同样的考虑。2）适当加入积分作用，调整测量值信号，使之阶跃增加0.01 MPa，观察输出压力的变化规律，画出PI作用规律的开环特性曲线。为达到阶跃效果，在调整测量值之前，可先关闭阶跃开关，等

27、设定好了之后，再打开。3）积分时间的估算。重复步骤1）步骤2），估算积分输出达到比例输出所需的时间，这一时间即为积分时间。分别设定积分时间为Ti0.5min和Ti1.0min，估算积分时间的实际值，填入下表。设定Ti（min）0.51.0实际Ti（min）4比例微分（PD）作用规律实验1）通过调整控制点的方法，将调节器的初始输出状态设置为0.02 MPa，切除积分作用。再将调节器的实际比例带调整为100。2）设定Td =0.5min，调整测量值信号，使之阶跃增加0.01 MPa，观察输出压力的变化规律，画出PD作用规律的开环特性曲线。为达到阶跃效果，在调整测量值之前，可先关闭阶跃开关，等设定好

28、了之后，再打开。3）微分时间的估算。重复步骤1），设定Td =0.5min，并使测量值阶跃增加0.01 MPa。估算调节器输出从最大值Pmax开始下降0.632（Kd -1）（其中Kd8，=0.01MPa）所需的时间，计算微分时间 （1）原理推导如下：比例微分输出表达式为： （2）当时， （3）设，则 （4） 此时比例微分输出的下降量（5）在阶跃增大测量值（0.01MPa）的同时开始计时，估算输出下降0.044Mpa所需的时间，则。估算结果填入下表：设定Td（min）0.5实际Td（min）5比例积分微分（PID）作用规律实验（1）通过调整控制点的方法，将调节器的初始输出状态设置为0.02 M

29、Pa，PB、Ti和Td分别设置为某一适当值。（2）调整测量值信号，使之阶跃增加0.01 MPa，观察输出压力表的变化，定性地画出PID作用规律的开环特性曲线。实验四 压力控制器实验一、实验内容、要求实验内容为整定压力控制器的上、下限动作压力值。要求能够进行正确的电路连接，通过设定值旋钮和幅差调整旋钮将控制器的上、下限动作压力值分别调整在0和0.1MPa。二、实验的目的、意义压力控制器是船舶机舱常见的测量装置，可用于设备参数的双位控制和参数越限报警。掌握压力控制器的调校方法对控制系统的维护管理，保持控制系统的正常运行具有重要的实际意义。三、实验仪器、设备本实验在仪表实验台上进行，所需的其他设备和

30、工具如下：（1）YWK-50-C型压力控制器一个，下限值压力范围为00.2MPa，幅差范围为0.070.25MPa；（2）快速连接气管一根，螺钉调整工具一个。四、实验步骤幅差调整旋钮幅差调整旋钮设定值调整旋钮接线孔图-1 压力控制器气路连接图压力控制器的测量信号由实验台上的气压定值器提供，定值器设定的压力分别由相应的精密压力表和快速接头进行指示和输出。在进行气路连接时，可采用任意一个定值器输出。建议先将设定压力调为零，然后再通过快速连接气管将定值器输出接到控制器的压力输入端，如图-1所示。2上、下限动作压力值调整下限值由给定值旋钮通过给定弹簧设定，幅差由幅差调整旋钮通过幅差弹簧设定，压力开关的

31、上限值等于下限值加上幅差，即。因此，压力开关的上限值是通过调整幅差来设定的。压力控制器的调整步骤如下：（1）调整设定值旋钮，将刻度指针调整到希望的压力下限值；（2）根据上限压力值计算幅差值：；（3）根据幅差值调整幅差调整旋钮幅差调整旋钮上标记有10个格的刻度档，对应的幅差范围为。幅差调整旋钮所调的格数可根据下列关系进行估算： （4）调整定值器输出，观察测量压力上升到上限值和下降到下限值是开关是否动作。如果动作值不对，则根据具体情况进行微调。在实验过程中，由于刻度精度比较低，不论是下限值还是幅差旋钮的调整格数都只是近似值，只能作为粗调参考。精确设定必须根据开关动作时压力表的读数进行微调。由于定值

32、器的最大输出不大于0.14MPa，因此建议取，。实验五 反馈控制系统实验一、实验目的1了解单容液位定值控制系统的结构与组成；2掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法；3研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响；4了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。二、实验设备1THSA-1型综合自动化控制系统对象；2THSA-1型综合自动化控制系统实验平台。三、实验原理图-1 中水箱单容液位定值控制系统图-1 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图本实验系统结构图和方框图如图-1所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为液位测量值，在与给定量比较后获得偏差值，通过调节器控制电动调节阀的开度，达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。四、实验内容与步骤本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。具体实验内容与步骤如下：1将“SA-12智能调节仪控制”模块的通